移动网络环境下D2D通信是指两个距离靠近的用户不再通过基站等第三方中继，直接建立通信链路。该技术具有提高频带利用率、缩短通信延迟、降低功率损耗、改善通信质量以及提高信息安全性等优势，因此受到学术界与工业界的广泛关注。移动网络环境下D2D通信的特点是D2D用户使用合法频段并受控于该网络，这样可以保证通信的可靠性及干扰的可控性。D2D通信的关键技术之一就是为D2D用户设计有效的资源共享策略（主要包括分配物理资源与控制功率），达到降低D2D用户与移动网络用户之间同频干扰的目的。近年来，公众对无线通信的安全性要求也越来越高，已有研究人员关注D2D通信中物理层安全问题。例如，采用D2D通信模式是否意味着比传统的基站中继模式更加有利于保护数据安全。当允许D2D用户接入移动网络时，如何降低安全隐患等。众所周知，多天线技术可以在带宽一定，功率一定的情况下增加系统容量和/或抑制干扰。随着移动网络不断发展，多天线将成为基站和移动终端的主流配置，在此背景下研究如何利用多天线技术克服移动网络环境下D2D通信的干扰问题也受到广泛关注。本论文针对上述移动通信网络下的D2D通信技术开展深入研究，具体来说，论文作了以下主要贡献:　　本论文第二章针对一个多用户系统，研究了D2D用户复用多个上行资源时最优功率控制问题。本章研究的功率控制问题的优化目标分包括:1.最大化D2D复用这些资源时的频谱效率，同时保证所有上行用户的最低通信速率不低于一个预设的门限值;2.最大化D2D用户和上行用户的加权和速率。本章获得了第一个功率控制问题的最优解，并提出了两种低复杂度的功率控制算法，有效地实现了性能与复杂度之间的折中。计算机仿真结果表明最优解相比已有算法有了一定提升，同时简化算法也具有良好的性能。本章针对第二个功率控制问题采取从简单到一般的研究方法，首先给出了D2D用户复用单个资源场景下的功率控制最优解，然后提出了三种D2D用户复用多个资源场景下的功率优化策略，同时还包括一个判定解的全局最优性条件，该条件可以合理地评估算法性能的最优性。计算机仿真表明提出的部分优化算法在多数情况下可以满足全局最优性条件。　　本论文第三章研究多个D2D用户和多个移动网络用户资源共享模型，涉及到分配物理资源与控制功率联合优化问题。本章采取的优化目标是在保证所有移动网络用户最低通信质量(QoS)的同时最大化所有D2D用户的效益函数。依据该优化准则构建的联合资源分配与功率控制问题是一个组合优化问题，目标函数和QoS约束条件都是非凸函数，且功率约束条件包含耦合性。为了克服上述困难，本章首先将原问题转化为一个易于处理的等价形式，对该等价问题作时间共享式的放松可以获得一个连续化的凸优化问题。接着，通过求解该放松问题本章给出了D2D用户资源分配与控制功率的最优解，同时还包括了求解原问题性能上界的方法。最后，本章提出了一种有效的优化算法来求解联合资源分配与功率控制问题。计算机仿真结果表明提出的资源共享优化算法较其他已有算法有性能优势，且与性能上界的损失几乎可以忽略。　　论文第四章重点关注D2D通信中的物理层全安全问题。首先本章详细推导了D2D通信方式和中继方式下的安全中断概率，分析发现D2D通信方式相比于传统的基站中继方式更有利于用户避免窃听。该物理层安全上的优势来源于D2D通信方式实际上是将两次高功率信号发送方式（中继方式）变成了一次低功率信号单跳传输，从而降低了用户私密信息对窃听者的暴露程度。通过计算机仿真发现基站中继方式仅仅在某些特定场景下才具有安全上的优势，例如当基站配置有较大数目的天线且获取了精确的信道信息时才优于D2D通信方式。接着，本章设计安全资源共享策略在保证移动网络用户的通信速率和安全需求的同时充分挖掘系统资源，从而提高D2D通信资源复用效益。通过联合优化移动网络用户和D2D用户的资源分配和功率控制，达到最大化所有D2D用户效益函数的同时，保证所有移动网络用户最低安全通信速率不低于门限值的目的。本章分析了D2D用户安全复用移动网络用户资源的先决条件，同时获得了一些对该联合安全资源分配功率控制问题的有益结果。在此基础上，本章提出了一种联合资源分配和功率控制的算法来尽可能获得最优性能，同时还提出了一种简化的安全资源分配算法。最后，通过计算机仿真评估了所提出算法的性能。　　最后，论文第五章考虑了在多天线环境下联合优化收发机的设计问题，这里我们以最大化D2D通信和移动通信系统和速率作为优化准则。由于构建的联合优化问题具有非凸特性，本章采取了将原问题分解为一系列子问题并分而求之的策略，分解之后的每一个子问题都是一个标准的二次规划问题。接着提出了一种基于迭代的序贯优化算法来求解基站和所有用户(包括移动网络用户和D2D用户）端的发送预编码矩阵与接收矩阵。计算机仿真证实了本章提出的算法可以有效地提高系统的性能。